Simulation of the impact on agriculture on regional stocks of soil organic carbon and the balance of the CO2 integrando century model and geographic information systems

A conversão de áreas sob vegetação nativa para agricultura, em geral, causa redução nos estoques de C orgânico do solo (COS) e aumento nas emissões de CO2 para a atmosfera, especialmente quando o manejo do solo envolve o preparo convencional (PC). A adoção de sistemas conservacionistas de manejo do solo possibilita aumentar o conteúdo de C do solo, auxiliando na mitigação das emissões de CO2. Modelos de simulação da dinâmica da matéria orgânica ajustados a situações locais auxiliam no acompanhamento, ao longo do tempo, das alterações nos estoques de COS causadas pelo uso agrícola. O presente estudo teve como objetivo principal estudar a evolução espaçotemporal dos estoques de COS e do balanço de CO2 dos solos do Distrito Santana (10.669 ha), em Ijuí, RS, desde o início da colonização em 1900 até 2050, a partir de simulações com o modelo Century, apoiado em técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto. Para tanto, foi criada uma base de dados geoespaciais (BDGE) em ambiente ArcGis 9 com os planos temáticos: solos, elementos da paisagem e início do uso agrícola. Foram reconstituídos os cenários históricos e atuais de manejo do solo, e inseridos no Century 4.0, o qual foi inicializado com dados edafo-climáticos locais e calibrado pelo ajuste de parâmetros internos do modelo, valendo-se da adição de C pelo milho, trigo e soja e estoques de COS medidos em 2007 na camada de 0 a 20 cm da mata nativa (condição original) e de uma lavoura adjacente, cuja conversão ocorreu entre 1901 e 1930 sob Latossolo de topo. O modelo, assim ajustado, foi estatisticamente validado comparando-se os estoques simulados e medidos em 2007 em 10 lavouras iniciadas entre 1901 e 1987. Posteriormente, o Century foi executado para todas as demais combinações solos-elementos da paisagem-início do uso agrícola do Distrito Santana (54 unidades de simulação), através da interface i-Century e os resultados gerados referentes aos estoques de COS e balanço de CO2 foram inseridos manualmente na BDGE. O uso agrícola dos solos causou redução nos estoques de COS em mais de 50% de 1900 até 1986 (de 550,9 x 103 Mg para 276,8 x 103 Mg), final do período de PC do solo, representando emissão de 2.277,5 x 103 Mg de CO2 para a atmosfera. Por outro lado, a adoção de cenários conservacionistas de manejo a partir de 1987 possibilitou a recuperação do conteúdo de C do solo, estimando-se para 2050, em relação ao original, recuperação do COS em até 65% (355,9 x 103 Mg) no cenário “Atual” e em até 87% no cenário “Melhorado”, evidenciando balanço positivo de CO2 em relação a 1986 (478,5 x 103 Mg). Tais resultados indicaram que o modelo Century estimou adequadamente a evolução dos estoques de COS e o balanço de CO2 em função do uso agrícola do solo.The conversion of areas under native vegetation to agriculture, in general, cause reduction in stocks of soil organic carbon (SOC) and increase in emissions of CO2 into the atmosphere, especially when the soil management involves the conventional tillage. Adoption of soil conservation management systems can increase SOC content and mitigate CO2 emissions. Simulation models of SOC dynamics tailored to local situations can help in the assessment of C stock changes derived from agricultural use. This study sought to investigate spatial and temporal trends of SOC stocks and CO2 emissions in the Santana District (10,669 ha), in Ijuí, Rio Grande do Sul state, from the onset of colonization in 1900 until 2050. The Century Soil Organic Matter model, geoprocessing and remote sensing were used for spatio-temporal analysis and forecast of SOC changes. Thematic plans of soil classes, land cover, landforms and start of agricultural use were created in a geospatial database in ArcGis 9. We reconstituted the historical and current soil management scenarios. Century 4.0 was initialized with local soil and climatic, then calibrated by adjustment of internal parameters to match observed SOC stocks measured in 2007 in both native vegetation sites and cropland. Modelled biomass production of corn, wheat and soybeans was also compared with locally observed data for further calibration. The calibrated model was validated with statistical tests of simulated and measured output from ten sampled farms. After calibration, all 54 possible combinations of soils, landforms, land use cover and land use change for the agricultural use of District Santana (54 units of simulation) were simulated in Century through the i-Century interface. Selected output variables for SOC stocks, C inputs and CO2 emissions were entered manually into the geospatial database for map visualization. Agriculture caused a 50% reduction in SOC stocks from 1900 to 1986 (from 550.9 to 276.8 Mg x 103), by the end most intensive soil management period, which corresponded to emissions of 2,277.5 x 103 Mg of CO2 into the atmosphere. Moreover the adoption of conservation agriculture management in 1987 enabled the recovery of C content of the soil. It is considered for 2050, compared with the original, recovery of the COS in up to 65% (355.9 x 103 Mg ) In the scenario "Current" and up to 87% in the scenario "Improved", highlighting positive assessment of CO2 for 1986 (478.5 x 103 Mg). Such results indicated that the model Century adequately estimated the evolution of stocks of COS and the balance of CO2 in relation to the agricultural use of land